光纤传输在航空发动机控制系统中的应用

为了提高发动机控制系统的耐电磁辐射能力,减轻系统传输电缆的质量,以全权限数字电子控制系统为基础,提出了一种基于光纤的系统重构和传输方案,开展光纤数据传输技术研究。设计了整套光纤链路的方案,完成了光纤组件的硬件加工,并在主、备系统间建立光纤传输路径,对设计的光纤传输链路开展了半物理和整机试验验证。结果表明:光纤传输技术可用于航空发动机控制系统信号传输,设计的光纤传输链路可耐受发动机的恶劣机械环境,并能稳定可靠地传输数据;当主系统部分功能失效时,通过光纤传输可获取备份系统信号,实现主控系统的故障重构,提高了系统的可靠性。通过项目研究,为未来新一代分布式控制系统的研制积累了技术经验。

电力系统装备中燃气轮机发电机组控制的研究与应用

电力系统装备中燃气轮机发电机组是一种重要的发电设备,其控制技术对于提高电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。本文介绍了燃气轮机发电机组的基本原理和组成,重点讨论了故障检测与诊断技术、发电机组优化调度技术、发电机组与电力系统的协调运行技术以及全权限数字电子控制技术(FADEC)等关键技术。探讨了常规控制策略和先进控制策略,包括负荷调节控制、频率调节控制、电压调节控制、模型预测控制、自适应控制和智能控制等,以提高电力系统的稳定性和可靠性。

航空发动机控制系统及关键技术现状与展望

航空发动机控制系统是航空发动机的安全关键系统,对发动机在飞行全包线范围内安全可靠产生推力或功率至关重要。本文阐述了航空发动机控制系统的演进历程,对架构设计、控制律设计、故障诊断与状态监视设计三大系统级关键核心技术以及仿真使能技术的发展情况进行总结分析,并对工程可应用性进行探讨,最后对未来的发展方向和重点研究内容进行展望,为新一代航空发动机控制系统设计提供一定参考。

航空发动机控制系统抗干扰技术的研究与应用

航空发动机控制系统在现代航空工业中扮演着极其重要的角色。由于外部环境和系统内部因素的干扰,控制系统的工作稳定性和可靠性常常受到威胁。本文主要研究航空发动机控制系统的抗干扰技术,通过硬件和软件两方面的设计措施,提高系统对干扰源的抵抗能力。硬件抗干扰设计采用高质量线缆传输、系统完整性屏蔽、低阻抗接地平面、高效电磁隔离和精确滤波等技术,软件抗干扰设计采用数字滤波算法处理传感器信号、设计鲁棒的控制算法、自适应滤波算法、故障检测和诊断算法等,可提高系统的抗干扰能力。

中等推力航空发动机喷口控制方法对比研究

为提高中等推力航空发动机工作性能,对其喷口控制方法进行对比分析,并通过台架试验对喷口等落压比和喷口转差控制方法进行试验验证。结果表明:相比于等落压比控制方法,转差控制方法更利于精确调整发动机在节流状态下的性能,且可降低发动机耗油率,更适合作为中等推力发动机的喷口控制计划;对全包线的各典型点进行验证,转差控制方法仍能满足发动机的控制性能要求,且实施方便、效果好。

改进的正交试验法在发动机控制软件测试中的应用

在发动机控制软件测试中,因为输入的无限性,无法对软件进行全面测试,如何从输入中挑选出适量的典型性的数据是需要解决的一个问题。利用正交试验法的代表性可以大量精简测试用例,但是没有考虑输入间的约束,直接使用会存在部分无价值的用例,因此对正交试验法进行了改进,引入输入间约束,开发工具可以自动生成在符合约束前提下的正交测试用例表,改进方法应用于航空发动机控制软件测试,可以有效地改善测试效果,提升测试效率。

燃烧室压力模拟在发动机控制系统半物理模拟试验中的应用

主要介绍了燃烧室压力模拟装置的设计过程以及控制方法,并根据该方法搭建了某型燃烧室压力模拟试验系统。结合某型号项目进行了试验验证,主要比对了燃烧室压力模拟对发动机控制系统半物理试验结果的影响,表明了实施燃烧室压力模拟对于控制系统半物理试验的必要性。

某型涡扇发动机分布式容错控制系统设计与试验验证

为了提高某型涡扇发动机控制系统的安全性和可靠性,提出1种分布式架构下的容错控制方案。基于模块级硬件冗余的思想,设计了包含7个智能节点的基于TTP/C(时间触发协议)总线的发动机分布式容错控制系统,可以实现核心控制节点的硬件备份。基于控制律重构的方法,采用模型参考变结构控制算法设计了容错控制器,可以根据系统故障情况将控制结构切换至无故障的控制回路中。搭建了涡扇发动机分布式容错控制系统硬件在环仿真试验环境,开展了容错控制系统的试验验证。结果表明:在核心控制节点故障时,容错控制系统可以在120 ms内快速启用热备份节点代替故障节点;在非核心控制节点故障时,容错控制系统可以在100 ms内完成控制回路的切换,并保证发动机各状态量不产生明显波动。

面向控制的超燃冲压发动机建模研究

建立了超燃冲压发动机的一维稳态模型。特别是对于三模态燃烧,引入一维气体动力学控制方程来描述流动的轴向分布。在稳态模型的基础上,推导出考虑体积效应的一维动态模型。模型运行结果表明,模型结果与实验数据吻合较好。最后,设计了三输入一输出比例积分(Proportional-integral,PI)控制器。仿真结果表明,该模型能够满足超燃冲压发动机控制系统设计的要求。

针对网络时延的发动机PI控制系统稳定性分析和控制器设计

针对航空发动机分布式控制系统中的通信时延问题,进行了PI控制系统稳定性及控制设计。基于Nyquist稳定性判据分析比例系数K_(p)的稳定域,进一步采用等效开环传递函数分析积分增益K_(i)的稳定域,获得时延上界依赖型PI控制器参数稳定域。基于参数稳定域设计某涡扇发动机分布式控制系统的时延PI控制器,并进行了数字仿真。结果表明:在时延上界为0.3 s时,基于参数稳定域设计的PI控制器可保证被控系统的稳定性,系统无稳态误差,转速控制系统超调量不超过0.38%;反之,基于控制器参数非稳定域设计的控制器使被控系统的性能显著恶化。

涡扇发动机全包线加速控制计划改进方法研究

加速控制计划直接影响了发动机的响应速度以及运行安全。为了提高发动机响应能力,提出了一种基于等温度线的发动机全包线加速控制计划。分别针对稳态和动态过程开展相似换算误差分析,证明并验证了关键参数在等风扇进口温度时,具有较高相似换算精度的规律。基于此换算误差理论,提出全包线加速控制计划改进方法,该方法在不同等风扇进口温度下设计多条加速控制计划,再通过线性插值得到包线内不同等温线下的加速控制计划。结果表明,改进后的加速控制计划相比于传统单点优化得到的加速控制计划,发动机加速至最大转速的98%所需的时间缩短了7.2%,最大转速提升了1%,且风扇、压气机喘振裕度和涡轮前温度等均未超出限制值。因此,该方法相比于传统单点优化方法,既提升了在包线内获取的加速控制计划的精度,又确保了发动机在包线内安全稳定工作的前提下更好地发挥加速性能。

涡轮基变循环组合动力控制技术发展分析

基于现有文献梳理分析涡轮基变循环组合发动机控制技术的发展现状。介绍了涡轮基变循环组合发动机的发展历史和结构特点,提炼出其控制系统设计的关键技术;分别围绕飞/推一体化综合建模技术、模态切换控制技术以及飞/推一体化协同控制技术三个关键技术问题进行文献分析;基于国内空天动力需求及研究现状,提出对涡轮基变循环组合发动机控制技术的未来发展思考。

航空发动机控制系统振动信号处理方法研究

针对航空发动机控制系统中对振动信号的监测需求,提出了一种基于多任务实时控制系统的振动信号实现方法。分析了FFT变换的基本原理和算法,提出了一种改进的FFT频域分析算法。同时,在有限的任务资源下,对振动信号的处理过程进行合理拆分,并在多个控制任务中对其进行交叉处理。最终实现了对发动机转子振动信号的解析处理及实时监控。经过大量的分析及试验验证,证明该方案能够较好地满足当前的试验需求,为航空发动机控制系统振动信号进一步的研究工作奠定了基础。

涡扇发动机最小红外特征模式性能寻优控制研究

为抑制涡扇发动机排气系统的红外特征,提出一种基于红外预测模型的最小红外特征模式性能寻优控制。首先,建立一种排气系统正后向红外辐射强度简化预测模型,该预测方法考虑了排气系统内高温部件和尾喷流的红外辐射,以及尾喷流对高温部件红外辐射的吸收作用,具有可信的仿真精度;其次,基于涡扇发动机部件级实时仿真模型,增加了从外涵引气冷却中心锥和尾喷管扩张段内壁的冷却结构和红外预测模块;最后,基于该模型探索了最小红外特征模式的优化原理,并选用可行序列二次规划(FSQP)算法,通过控制高温壁面冷却气的流量,主燃烧室的燃油量以及尾喷管喉道面积,对两个亚声速巡航状态的工作点进行实时优化。仿真结果表明:在满足发动机推力恒定以及其他约束条件的前提下,发动机通过最小红外特征模式性能寻优控制,其排气系统后向红外辐射下降了30%以上,红外抑制效果显著。

故障树分析方法在FADEC控制软件中的应用研究

故障树分析方法已被广泛应用在工业系统中,但在软件行业中的应用比较少,在航空发动机全权限数字电子控制系统的控制软件中的应用更是不多见。首先介绍了软件故障树分析方法的原理,并结合某型航空发动机数控系统控制软件出现的故障依据故障树分析方法进行实例化建模、分析。分析结果表明:故障树分析法在定位方面具有简明、直观等特点,在航空发动机控制软件故障定位过程中使用该方法,有助于提高问题定位的效率,提升软件可维护性。

航空发动机控制系统发展概述

介绍了航空发动机控制系统的组成和原理,回顾了航空发动机控制的发展历程,最后展望了航空发动机主动控制技术、分布式控制技术、多电/全电控制技术这三大关键技术的发展趋势。

基于MBSE思想的航空发动机控制系统设计方法

在航空发动机控制系统设计开发过程中,存在需求理解偏差、需求实现描述不清晰、设计过程缺失等问题,严重影响产品后续使用。为了构建完整、规范、准确的系统设计要求,完整描述系统设计过程,引入基于模型的系统工程思想。通过需求分析将用户需求条目化,并对每条需求进行确认, 通过功能分解,将复杂系统模块化, 利用功能描述将需求量化、图形化,明确各项功能的具体行为, 在要求制定过程中引入数据流管理,将整个系统设计过程有机结合在一起。结果表明:采用基于模型的系统工程思想构建满足产品研发的控制系统正向设计方法,实现了顶层需求的100%覆盖和追溯,可将模糊的需求通过建模方式具体化、显形化。通过N_1测量对设计方法进行了验证,表明该方法可用于工程设计。

某型涡轴发动机起动控制规律优化设计及验证

某型涡轴发动机在低温环境下由于供油流量偏低多次起动失败,为此提出了1种优化的转速速率闭环起动控制规律,并根据发动机实际使用情况设计了供油限制线。经高空台验证,结果表明:采用优化的起动控制规律提高了发动机对低温环境下流量偏差的容忍能力,可解决该型发动机低温环境下起动失败问题。

基于MBD的某型发动机控制软件开发

全权限数字电子控制系统(FADEC)是未来航空发动机数字控制系统发展的方向,控制软件是FADEC的核心,基于模型设计(MBD)是FADEC控制软件发展的趋势。本文在某型发动机控制软件的开发过程中,开展了基于MBD的软件架构设计,并在系统需求阶段进行了模型的开发和验证。最后通过代码自动生成机制,将自动生成后的代码加载到目标机中,通过硬件在回路仿真验证,证明采用基于MBD的软件开发能够将软件缺陷封闭在开发过程的前期,节约了控制软件开发时间,并在桌面回归验证上具有一定的优势。

一种涡扇发动机加减速转速变化率闭环控制技术

针对涡扇发动机加减速的特点和控制需求,在对比现有控制算法的基础上提出一种新的转速变化率(N-dot)闭环控制技术。通过引入积分补偿,消除了原理性稳态误差,且控制参数机理清晰,易于设计,具备较高的工程应用价值。针对控制回路切换带来积分饱和的技术难点,设计工程实用的输出回归抗积分饱和方法,实现与其它控制器协调工作。基于涡扇发动机开展了Matlab桌面仿真研究和台架试验验证,结果表明,本文提出的控制技术能够取得满意的控制效果:N-dot反馈能够很好跟随N-dot期望指令,跟随误差在当前期望值的±10%以内,控制算法对噪声不敏感,对于涡扇发动机加减速过程多控制回路切换场景,不存在回路干扰和积分饱和现象。